Out-of-sync-Gehirn-Wellen zugrunde liegen kann lernen Defizit verbunden mit Schizophrenie

Eine neue UC-San-Francisco-Studie hat aufgezeigt, eine bestimmte Muster der Hirnströme, der die Grundlage der Fähigkeit, loszulassen von alten, irrelevant gelernt Verbänden, um den Weg für neue updates. Die Forschung ist die erste, die direkt zeigen, dass ein bestimmtes Verhalten kann abhängig von der genauen Synchronisation der Hochfrequenz-Gehirn-Wellen, die in verschiedenen teilen des Gehirns, und möglicherweise öffnet sich ein Weg für die Entwicklung von Interventionen für bestimmte psychiatrische Störungen, einschließlich Schizophrenie.

Tauschen Sie alte Regeln für die neue ist etwas, was wir tun, ständig. Es passiert, wenn Sie ein neues Handy, Schalter, Autos oder aktualisieren Sie die software auf Ihrem laptop—die ersten paar Male Sie versuchen, schalten Sie die Scheinwerfer in ein Fahrzeug mieten, Sie könnten Feuer den Scheibenwischer statt. Aber irgendwann bekommen Sie es.

Machen solche Anpassungen ist entscheidend für die Anpassung ändert sich die Welt um uns herum. Aber kämpfen, um loslassen von alten Regeln nicht nur, manchmal machen es schwierig, eine komplette Tag-zu-Tag-Aufgaben. Es könnte auch dazu beitragen, bestimmte Formen von Psychosen, wie Schizophrenie, Sie stören die Fähigkeit der Menschen, weiterzugeben und zu aktualisieren, verzerrte überzeugungen und Täuschungen trotz widersprechender Beweise und Logik.

„Perseveration ist ein Begriff, den wir verwenden, um zu beschreiben, Personen festhalten an etwas, das nicht mehr angemessen“, sagte Vikaas Sohal, MD, Ph. D., associate professor für Psychiatrie und Mitglied der UCSF-Weill-Institut für Neurowissenschaften. „Es ist ein problem in eine Menge von verschiedenen neuropsychiatrischen Erkrankungen.“

In der neuen Studie, veröffentlicht in Nature Neuroscience am Mai 25, 2020, Sohal und Kollegen geben einen Einblick, was passiert im Gehirn, wenn eine Aufteilung in Regel-Verlagerung führt zu einer perseveration. Sie fanden heraus, dass die präzise Abstimmung der eine bestimmte Art von Gehirnwellen, die sogenannten gamma-Wellen, war der Schlüssel, um zu lernen, loszulassen, eine alte Regel, und stattdessen achten Sie auf Signale, die zuvor irrelevant.

Die Arbeit, die hilft zu klären, eine langjährige Debatte über die Bedeutung der Gehirn-Wellen. Für Jahrzehnte haben die Wissenschaftler in der Lage, diese zu Messen koordinierte, rhythmische neuronale Aktivitätsmuster, die die verschiedensten Formen. Für genau so lange, die Bedeutung von Gehirn-Wellen wurde hart umkämpft. Einige Forscher haben argumentiert, dass die Gehirnwellen haben wichtige Funktionen, und, dass einige der kognitiven Störungen verknüpft werden kann, um bestimmte Gehirnwellen schief geht. Gamma-Wellen, zum Beispiel, die sich aus der neuronalen Aktivität mit einem regelmäßigen Rhythmus zwischen 30 und 120 Zyklen pro Sekunde, wurde die Hypothese aufgestellt werden, beteiligt, in der Aufmerksamkeit und des bewussten Denkens. Aber andere Wissenschaftler sind sich nicht einig, der behauptet, dass Gehirn-Wellen sind ein bedeutungsloses Nebenprodukt der neuronalen Aktivität.

Bild zu versuchen, diese Frage wurde so etwas wie das, was einen alien auftreten, wenn Sie gerade gelandet außerhalb eines Fußballstadions, sagt Sohal. „Stell dir vor, du bist außerhalb des Stadions, um herauszufinden, was Los ist, nur durch den Klang“, sagte er. „Meist sind Sie nur hören das Rauschen. Aber jeder einmal in eine Weile, Sie hören das Rauschen synchronisieren, in der ein cheer oder einige Gesänge, und Sie Fragen sich, ‚Hey—hat das etwas zu bedeuten?'“

Statt des Lärms von Sport-fans Gießen aus einem Stadion, Sohal team zeichneten die Aktivität von Neuronen in verschiedenen teilen des Gehirns. Viele Vergangenheit brain-wave-Studien stützten sich auf das schwache elektrische Signale nachweisbar, die im Elektroenzephalogramm (EEG) Aufnahmen von der Oberfläche des Schädels, sondern in der neuen Studie, die Forscher setzen Sonden in das Gehirn zu bekommen, ein genauerer Blick auf die Funktion dieser Schwingungen. Die Forscher verwendeten auch Gentechnik-pin ein Fluoreszenz-Aktivität Indikator, um die Neuronen in einer Art, die sich ideal für die Erfassung der schnelllebigen Aktivität von gamma-Wellen in Bereichen des Gehirns, wichtig für die Wahrnehmung. Blinkt aus diese fluoreszierenden tags angezeigt, wenn die Spannung von diesen Neuronen geändert, so dass das team optisch verfolgen, die Kommunikation zwischen den Zellen.

Um zu sehen, ob gamma-Wellen verknüpft wurden, um ständig wiederkehrende Verhaltensmuster, die Forscher entwickelt eine „Maus“ – version des Wisconsin Card Sorting Task, ein standard-assessment-tool, dass Maßnahmen, wie menschliche Teilnehmer lernen neue Regeln, die auf die Fliegen, die tendenziell zu schwierig sein, für Menschen mit Schizophrenie. In der Maus Aufgabe, Forscher versteckte Belohnung unter feinen sand oder groben Katzenstreu in eine der zwei Schüsseln und gab jeder einen unverwechselbaren Geruch, und Links Mäusen, um herauszufinden, welcher Duft markiert den Preis. Sobald die Mäuse gelernt, die Aufgabe, die Forscher wechselte die Regel, auf die Sie durch den Geruch cue irrelevant, jetzt cuen die Belohnung nur, ob die Mäuse hatten zu Graben durch sand oder Katzenstreu, um es zu erreichen.

Da Mäuse gelernt, das wechseln, das team festgestellt, dass ein Anstieg der gamma-Wellen, die synchronisiert wurden über beide Seiten des Gehirns. Wenn Forscher klopften diese Wellen synchron durch die Verwendung von Licht-stimulation in Mäusen mit Neuronen, die genetisch entwickelt, um darauf zu reagieren, der Mäuse wurde auf einmal sehr schlecht bei dieser Art des Lernens. Ständig wiederkehrende Fehler schossen und die Mäuse benötigt mehr als zweimal die versuche, um herauszufinden, das neue Stichwort für die Belohnung.

„Wie es scheint, gamma-Synchronität ist wichtig für die überwindung Regel perseveration“, sagt Sohal. „Es passt mit einem aufkommenden Ansicht, dass vielleicht die Kommunikation zwischen den Hirnregionen gestört in Schizophrenie und Verwandte Störungen, die möglicherweise Anlass zu bestimmten Symptomen.“

Seltsamerweise stören gamma synchrony nicht abzuschütteln die Mäuse die Fähigkeit zu lernen, neue Verbände oder flip in der Regel hatten Sie bisher gelernt haben. Wenn der Duft von Knoblauch gestoppt signalisiert eine Belohnung, beispielsweise, Sie waren noch in der Lage, reverse-Kurs und lernen, dass der Geruch von Koriander, die zuvor markiert eine kalte Spur—jetzt codiert für den vergrabenen Schatz. Es war nur, als hatte Sie zum Umschalten von einer Art der sensorischen cue zum anderen (z.B. von Duft zu berühren cues), die gamma synchrony wirklich ins Spiel kam, vielleicht, weil das lernen zu fallen, die Art perseveration kann tatsächlich sehr viel schwieriger sein.

„Es sagt uns, dass es etwas besonderes über die Art des Lernens, die Sie verlangt, um die Aufmerksamkeit auf etwas, Sie wurden ignoriert vor,“ Sohal sagte.

Bisherige Forschung, einschließlich der in Sohal ‚ s lab, hat vorgeschlagen, dass die Defizite in der gamma synchrony und die Neuronen, die Sie hervorrufen könnte dazu beitragen, um kognitive Probleme, die im Kern der Schizophrenie und der Alzheimer-Krankheit. Ein tieferes Verständnis von normal -, gamma wave-Muster und was passiert, wenn Sie gestört konnte führen schließlich zu helfen, für Patienten, die es brauchen, sagte Kathleen Cho, Ph. D., ein Postdoktorand in der Sohal Labor und führen Autor auf dem Papier.